JP5607436B2 - Method and system for detecting defects in welded structures - Google Patents
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Description
本明細書は概略的に、溶接構造体における欠陥を検出する方法およびシステムに関し、より詳細には、溶接構造体における欠陥を超音波探傷検査(ultrasonic inspection)により検出する方法、および、該方法を利用する欠陥検出システムに関する。 The present specification generally relates to a method and system for detecting defects in a welded structure, and more particularly, a method for detecting defects in a welded structure by ultrasonic inspection, and the method. The present invention relates to a defect detection system to be used.
たとえば、自動車の構成要素、航空機の構成要素、高重量の機器および機械の如き多様な製造品を製造するために、一般的には、金属部材同士を結合させるべく種々の溶接技術が利用される。溶接部の品質は、該溶接部が採用される溶接構造体の構造的一体性において重要な役割を果たすことがある。しかし、溶接操作もしくは結合操作の間においては、溶接部に欠陥が導入もしくは形成されることがある。斯かる欠陥としては、ブローホール、ボイド、ポロシティ、および、不十分な溶込み深さが挙げられる。これらの欠陥の各々は、溶接構造体の荷重担持能力を低下させることがある。たとえば、一定の種類の欠陥は、溶接部および溶接構造体の静的強度、動的強度および疲労強度に影響し得る応力集中部もしくは応力集中物として作用することがある。故に、溶接部における潜在的欠陥を正確に検出かつ位置決定することが重要である。 For example, various welding techniques are typically used to join metal parts together to produce a variety of manufactured articles such as automotive components, aircraft components, heavy equipment and machinery. . The quality of the weld may play an important role in the structural integrity of the welded structure in which the weld is employed. However, defects may be introduced or formed in the weld during the welding or coupling operation. Such defects include blowholes, voids, porosity, and insufficient penetration depth. Each of these defects can reduce the load carrying capacity of the welded structure. For example, certain types of defects may act as stress concentrators or stress concentrators that can affect the static, dynamic and fatigue strength of welds and welded structures. Therefore, it is important to accurately detect and locate potential defects in the weld.
自動式のもしくはロボット式の溶接システムなどにより溶接部が自動的に形成されるとき、溶接部の品質は、製造された溶接構造体の無作為なサンプルを破壊的に試験することにより評価され得る。しかし切断チェックの如き破壊試験は、時間が掛かり得ると共に、過剰な製品廃棄物をもたらし得る。更に、斯かる破壊試験方法の自動化は可能でないこともある。 When a weld is automatically formed, such as with an automated or robotic welding system, the quality of the weld can be assessed by destructively testing a random sample of the manufactured welded structure. . However, destructive tests such as cutting checks can be time consuming and can result in excessive product waste. Furthermore, automation of such destructive testing methods may not be possible.
溶接部における欠陥を検出するために、種々の非破壊試験技術を開発する試みは為されてきた。しかし、これらの技術の殆どは、容易には製造環境に取入れられ得ない。更に、欠陥を検出すべく斯かる技術に採用される方法論は、欠陥と、製造された部材に取入れられた通常的な特定構造とを区別できないこともある。 Attempts have been made to develop various non-destructive testing techniques to detect defects in welds. However, most of these techniques cannot be easily incorporated into the manufacturing environment. Furthermore, the methodology employed in such techniques to detect defects may not be able to distinguish between defects and typical specific structures incorporated into the manufactured components.
故に、溶接構造体における溶接部の欠陥を検出するための代替的な方法およびシステムに対する要望が存在する。 Accordingly, there is a need for alternative methods and systems for detecting weld defects in a welded structure.
一実施例において、溶接部に沿う複数の測定箇所から収集された超音波応答信号を処理し、上記溶接部における欠陥の存在を決定する方法は、各測定箇所からの超音波応答信号をフィルタリングし、各測定箇所に対して複数のフィルタリング済み応答信号を生成する段階であって、各フィルタリング済み応答信号は特定種類の欠陥に対応するという段階を含み得る。その後、上記測定箇所の各々に対する上記複数のフィルタリング済み応答信号に基づき、上記溶接部に対して複数のエネルギ分布が算出され得る。各エネルギ分布は、対応する基準エネルギ分布と比較され、上記溶接部における欠陥の存在が決定され得る。 In one embodiment, a method of processing ultrasonic response signals collected from a plurality of measurement locations along a weld and determining the presence of defects in the weld includes filtering the ultrasonic response signals from each measurement location. Generating a plurality of filtered response signals for each measurement location, each filtered response signal corresponding to a particular type of defect. Thereafter, a plurality of energy distributions may be calculated for the weld based on the plurality of filtered response signals for each of the measurement locations. Each energy distribution can be compared with a corresponding reference energy distribution to determine the presence of defects in the weld.
別実施例において、欠陥の存在に関して溶接部を試験する方法は、上記溶接部に沿う複数の測定箇所において超音波信号を誘起する段階と、上記溶接部に沿う上記測定箇所の各々に対して超音波応答信号を収集する段階とを含み得る。次に、上記測定箇所の各々からの上記超音波応答信号は、各超音波応答信号を、複数個のマザー・ウェーブレットによる離散ウェーブレット変換により分解して、各マザー・ウェーブレットに対応する複数群のウェーブレット係数を生成し；上記複数群のウェーブレット係数を帯域通過フィルタリングすることで、上記溶接部中における欠陥に感応する周波数範囲を分離し；且つ、各群のフィルタリング済みウェーブレット係数を逆離散ウェーブレット変換により再構成することで、上記測定箇所の各々に対して複数のフィルタリング済み応答信号を生成する；ことによりフィルタリングされ得る。次に、上記溶接部に沿う上記測定箇所の各々に対する上記複数のフィルタリング済み応答信号に基づき、上記溶接部に対して複数のエネルギ分布が算出され得る。次に、各エネルギ分布は、対応する基準エネルギ分布と比較されることで、上記溶接部中における欠陥の存在が決定され得る。 In another embodiment, a method of testing a weld for the presence of defects includes inducing an ultrasonic signal at a plurality of measurement locations along the weld and superimposing on each of the measurement locations along the weld. Collecting a sonic response signal. Next, the ultrasonic response signal from each of the measurement locations is obtained by decomposing each ultrasonic response signal by a discrete wavelet transform using a plurality of mother wavelets, and a plurality of wavelets corresponding to each mother wavelet. Generating a coefficient; band-pass filtering the plurality of groups of wavelet coefficients to isolate a frequency range sensitive to defects in the weld; and re-filtering each group of filtered wavelet coefficients by inverse discrete wavelet transform By configuring, a plurality of filtered response signals are generated for each of the measurement locations; Next, a plurality of energy distributions may be calculated for the weld based on the plurality of filtered response signals for each of the measurement locations along the weld. Each energy distribution can then be compared with a corresponding reference energy distribution to determine the presence of defects in the weld.
更に別の実施例において、溶接部中の欠陥の存在を決定する欠陥検出システムは、制御器と、音響信号生成器と、音響信号検出器と、位置決めデバイスとを含み得る。上記音響信号生成器、上記音響信号検出器および上記位置決めデバイスは上記制御器に対して電気的に接続され得る。上記制御器は、上記溶接部に沿う複数の測定箇所において上記音響信号生成器により超音波信号を誘起し；上記音響信号検出器により上記測定箇所の各々から超音波応答信号を収集すると共に、該超音波応答信号を、上記制御器と作用的に組み合わされたメモリ内に記憶し；上記測定箇所の各々から収集された上記超音波応答信号をフィルタリングし、上記測定箇所の各々に対して複数のフィルタリング済み応答信号を生成し；上記測定箇所の各々に対する上記複数のフィルタリング済み応答信号に基づき、上記溶接部に対する複数のエネルギ分布を算出し；且つ、各エネルギ分布を、対応する基準エネルギ分布と比較し、上記溶接部における欠陥の存在を決定する；ようにプログラムされ得る。 In yet another embodiment, a defect detection system that determines the presence of a defect in a weldment can include a controller, an acoustic signal generator, an acoustic signal detector, and a positioning device. The acoustic signal generator, the acoustic signal detector, and the positioning device may be electrically connected to the controller. The controller induces an ultrasonic signal by the acoustic signal generator at a plurality of measurement points along the weld; collects an ultrasonic response signal from each of the measurement points by the acoustic signal detector; and Storing an ultrasonic response signal in a memory operatively associated with the controller; filtering the ultrasonic response signal collected from each of the measurement locations; Generating a filtered response signal; calculating a plurality of energy distributions for the weld based on the plurality of filtered response signals for each of the measurement locations; and comparing each energy distribution with a corresponding reference energy distribution And determine the presence of defects in the weld;
本明細書に記述される実施例により提供されるこれらのおよび付加的な特徴は、図面と関連する以下の詳細な説明に鑑みれば更に十分に理解されよう。 These and additional features provided by the embodiments described herein will be more fully understood in view of the following detailed description in conjunction with the drawings.
図面中に示された実施例は本質的に例証的かつ例示的であり、各請求項により定義された主題を制限することは意図されていない。以下の代表的実施例の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照番号で表されるという以下の各図に関して読破されたときに理解され得る。 The embodiments shown in the drawings are exemplary and exemplary in nature and are not intended to limit the subject matter defined by the claims. The detailed description of the exemplary embodiments below can be understood when read with respect to the following figures in which like structures are represented by like reference numerals.
図１は、溶接部における欠陥の存在および箇所を決定する欠陥検出システムの一実施例を概略的に示している。該システムは概略的に、制御器に対して接続された音響信号生成器および音響信号検出器を備え得る。本明細書においては、上記欠陥検出システム、および、該欠陥検出システムを用いて溶接構造体における欠陥の存在および箇所を決定する方法が更に詳細に記述される。 FIG. 1 schematically illustrates one embodiment of a defect detection system that determines the presence and location of defects in a weld. The system can generally comprise an acoustic signal generator and an acoustic signal detector connected to a controller. In this description, the defect detection system and a method for determining the presence and location of defects in a welded structure using the defect detection system are described in further detail.
次に図１を参照すると、欠陥検出システム100のブロック図が示される。該欠陥検出システム100は概略的に、各々が制御器102に対して電気的に接続された音響信号生成器104、音響信号検出器106およびサンプル載置台108を備え得る。故に、図１に示された実線および矢印は概略的に、欠陥検出システム100の種々の構成要素の電気的な相互接続性を表すことを理解すべきである。また、上記実線および矢印は、欠陥検出システム100の種々の構成要素間で伝搬される制御信号および／またはデータ信号の如き電気信号を表すことも理解すべきである。更に、音響信号生成器104と試験サンプル110との間の破線および矢印は音響信号生成器104から試験サンプル110への励起信号112を表す一方、試験サンプル110と音響信号検出器106との間の破線および矢印は、音響信号生成器104から受信した励起信号112の故に試験サンプル110から放出された超音波応答信号114を表すことを理解すべきである。 Referring now to FIG. 1, a block diagram of a defect detection system 100 is shown. The defect detection system 100 may generally include an acoustic signal generator 104, an acoustic signal detector 106, and a sample mounting table 108, each electrically connected to the controller 102. Thus, it should be understood that the solid lines and arrows shown in FIG. 1 generally represent the electrical interconnectivity of the various components of the defect detection system 100. It should also be understood that the solid lines and arrows represent electrical signals such as control signals and / or data signals that are propagated between the various components of the defect detection system 100. Further, the dashed lines and arrows between the acoustic signal generator 104 and the test sample 110 represent the excitation signal 112 from the acoustic signal generator 104 to the test sample 110, while between the test sample 110 and the acoustic signal detector 106. It should be understood that the dashed lines and arrows represent the ultrasonic response signal 114 emitted from the test sample 110 because of the excitation signal 112 received from the acoustic signal generator 104.
本明細書中に示されかつ記述された実施例において音響信号生成器104は、試験サンプル110に物理的に接触せずに該試験サンプル内に超音波信号を励起すべく作用し得るデバイスとされ得る。一実施例において音響信号生成器104は、試験サンプル110の表面上へと一連のレーザ・パルスを導向することにより該試験サンプル内に超音波信号を励起すべく作用し得るパルス式レーザ源から成り得る。別実施例において音響信号生成器104は、電磁界を用いて試験サンプル110内に超音波信号を励起すべく作用し得る電磁音響変換器(EMAT)から成り得る。音響信号生成器104は、試験サンプル110内に超音波信号を生成するに適した他のデバイスから成り得ることを理解すべきである。 In the embodiment shown and described herein, the acoustic signal generator 104 is a device that can act to excite an ultrasonic signal within the test sample without physically contacting the test sample 110. obtain. In one embodiment, the acoustic signal generator 104 comprises a pulsed laser source that can act to excite an ultrasonic signal within the test sample by directing a series of laser pulses onto the surface of the test sample 110. obtain. In another embodiment, the acoustic signal generator 104 can comprise an electromagnetic acoustic transducer (EMAT) that can act to excite an ultrasonic signal in the test sample 110 using an electromagnetic field. It should be understood that the acoustic signal generator 104 can comprise other devices suitable for generating an ultrasonic signal within the test sample 110.
音響信号検出器106は概略的に、試験サンプル110に物理的に接触せずに該試験サンプル内で生成された超音波応答信号114を検知もしくは検出すべく作用し得るデバイスとされ得る。故に一実施例において音響信号検出器106は、試験サンプル110内で生成された音響応答信号を検出すべく作用し得るEMATセンサから成り得る。但し、超音波応答信号114を検出すべく種々の他の非接触変換器および／または音響センサが使用され得ることを理解すべきである。 The acoustic signal detector 106 can generally be a device that can act to sense or detect the ultrasonic response signal 114 generated in the test sample without physically contacting the test sample 110. Thus, in one embodiment, the acoustic signal detector 106 can comprise an EMAT sensor that can act to detect an acoustic response signal generated in the test sample 110. However, it should be understood that various other non-contact transducers and / or acoustic sensors can be used to detect the ultrasonic response signal 114.
音響信号生成器がEMATであるという(不図示の)一実施例において、該EMATは、試験サンプル内における超音波信号の励起、および、該試験サンプルからの超音波応答信号の検出の両方に使用され得る。故に、単一のEMATが、音響信号生成器および音響信号検出器の両方として使用され得ることを理解すべきである。 In one embodiment (not shown) where the acoustic signal generator is EMAT, the EMAT is used for both excitation of the ultrasonic signal in the test sample and detection of the ultrasonic response signal from the test sample. Can be done. Thus, it should be understood that a single EMAT can be used as both an acoustic signal generator and an acoustic signal detector.
図１に示された欠陥検出システム100の上記実施例において、サンプル載置台108は、該サンプル載置台に対して試験サンプルを取付ける(不図示の)固定具を備え得る。サンプル載置台108は、載置台に機械的に連結されたモータおよび／またはステッパ・モータであって制御器102に対して電気的に接続されるというモータおよび／またはステッパ・モータの如きひとつ以上のアクチュエータを備え得る。制御器102は各アクチュエータと協働して、音響信号生成器104により発せられた励起信号112が制御様式で試験サンプル110の全体に亙り走査され得る如く、上記音響信号生成器と音響信号検出器106とに対してサンプル載置台108および試験サンプル110の位置を調節すべく作用することができる。 In the above embodiment of the defect detection system 100 shown in FIG. 1, the sample mounting table 108 may comprise a fixture (not shown) for attaching a test sample to the sample mounting table. The sample stage 108 may be one or more motors and / or stepper motors mechanically coupled to the stage and electrically connected to the controller 102. An actuator may be provided. A controller 102 cooperates with each actuator to provide the acoustic signal generator and acoustic signal detector such that the excitation signal 112 emitted by the acoustic signal generator 104 can be scanned over the test sample 110 in a controlled manner. 106 can act to adjust the position of the sample mounting table 108 and the test sample 110 relative to 106.
本明細書中に示されかつ記述された実施例は移動可能なサンプル載置台に対して固定されている試験サンプルを示しているが、(不図示の)他の実施例においては、音響信号生成器および音響信号検出器が試験サンプルに対して調節可能に位置決めされ得る如く、該音響信号生成器および該音響信号検出器が、制御器に対して電気的に接続された移動可能な載置台または類似の位置決めデバイスに対して取付けられ得ることを理解すべきである。故に、上記欠陥検出デバイスは、試験サンプルと音響信号生成器および音響信号検出器との間の相対的配向を調節する少なくともひとつの位置決めデバイスを含み得ることを理解すべきである。 While the examples shown and described herein show test samples that are fixed relative to a movable sample stage, in other examples (not shown), acoustic signal generation The acoustic signal generator and the acoustic signal detector are electrically connected to the controller, or the movable platform or the acoustic signal detector can be adjustably positioned with respect to the test sample. It should be understood that it can be attached to a similar positioning device. Thus, it should be understood that the defect detection device may include at least one positioning device that adjusts the relative orientation between the test sample and the acoustic signal generator and acoustic signal detector.
制御器102は、プログラムされた命令群を実行すべく、且つ、欠陥検出システム100の構成要素の各々に対して制御信号を送信すべく作用し得るコンピュータから成り得る。制御器102はまた、音響信号検出器106から受信したデータを記憶し、且つ、記憶された該データを解析して溶接部内の欠陥の存在を決定する様にも作用し得る。故に、制御器102は、プログラムされた命令群、および／または、上記音響信号検出器から受信したデータを記憶するためのひとつ以上の(不図示の)メモリ・デバイスを備え得るか又は該メモリ・デバイスに対して接続され得ることを理解すべきである。制御器102はまた、試験サンプル内の欠陥の存在および箇所の視覚的もしくは聴覚的な表示、および／または、試験サンプルが検査に合格したか否かの表示をユーザに対して提供する(不図示の)ディスプレイの如き一台以上の聴覚的もしくは視覚的な表示器に対しても接続され得る。 The controller 102 can comprise a computer that can act to execute programmed instructions and to send control signals to each of the components of the defect detection system 100. The controller 102 may also serve to store data received from the acoustic signal detector 106 and analyze the stored data to determine the presence of defects in the weld. Thus, the controller 102 may comprise or include one or more (not shown) memory devices for storing programmed instructions and / or data received from the acoustic signal detector. It should be understood that it can be connected to a device. The controller 102 also provides the user with a visual or audible indication of the presence and location of defects in the test sample and / or an indication of whether the test sample has passed inspection (not shown). It can also be connected to one or more audible or visual indicators such as displays.
次に図２を参照すると、欠陥検出システムの一実施例150が示される。この実施例において音響信号生成器は、コンチニウム・レーザ社(Continuum Lasers)により製造されたInlite II-20 Nd:YAGパルス式レーザの如きパルス式レーザ源105である。該パルス式レーザ源105は、20Hzのパルス反復速度、および、10nsのパルス幅を有している。レーザのスポット・サイズは約6mmとされ得ると共に、各パルスは約55mJ〜約450mJのエネルギを有し得る。上記音響信号検出器は、EMATセンサ107とされ得る。図２に示された実施例においてEMATセンサ107は、ビー・ダブリュ・エックス・ティー・サービス社(BWXT Services, Inc.)により製造されると共に、約200kHz〜約2.5MHzの帯域幅を有する４チャネルの広帯域受信器から成る。EMATセンサ107は、たとえば、GaGeアプライド・テクノロジ社(GaGe Applied Technologies)により製造された4チャネル・データ収集カードCompuscope 8349であって、14ビットの分解能および125MHzのデータ・サンプリング速度を有するというカードを備えた(不図示の)制御器に対して接続され得る。サンプル載置台108は、試験サンプル110を保持するクランプ、万力などの如きひとつ以上の固定デバイス109を含み得る。上記固定デバイスおよび／または試験サンプルは、試験サンプルがパルス式レーザ源105およびEMATセンサ107に対して実質的に同一の配向を以て上記サンプル載置台上に位置決めされ得る如く、ひとつ以上の(不図示の)基準点を含み得る。サンプル載置台108は、該サンプル載置台の位置が上記制御器により調節され得る如く、上記制御器に対して接続されたステッパ・モータ駆動式の送りネジ122に対して取付けられ得る。 Referring now to FIG. 2, one embodiment 150 of a defect detection system is shown. In this embodiment, the acoustic signal generator is a pulsed laser source 105, such as an Inlite II-20 Nd: YAG pulsed laser manufactured by Continuum Lasers. The pulsed laser source 105 has a pulse repetition rate of 20 Hz and a pulse width of 10 ns. The laser spot size may be about 6 mm and each pulse may have an energy of about 55 mJ to about 450 mJ. The acoustic signal detector may be an EMAT sensor 107. In the embodiment shown in FIG. 2, the EMAT sensor 107 is manufactured by BWXT Services, Inc. and has four channels with a bandwidth of about 200 kHz to about 2.5 MHz. Consisting of a wideband receiver. EMAT sensor 107, for example, is a 4-channel data acquisition card Compuscope 8349 manufactured by GaGe Applied Technologies with 14-bit resolution and 125 MHz data sampling rate. It can be connected to a controller (not shown). The sample stage 108 may include one or more fixation devices 109 such as clamps, vises, etc. that hold the test sample 110. The fixed device and / or test sample may include one or more (not shown) such that the test sample can be positioned on the sample mounting with substantially the same orientation relative to the pulsed laser source 105 and the EMAT sensor 107. ) May include a reference point. The sample stage 108 can be attached to a stepper motor driven lead screw 122 connected to the controller so that the position of the sample stage can be adjusted by the controller.
図２に示された欠陥検出システム150の実施例において、超音波励起源は、ひとつ以上のミラーにより試験サンプル110に対して光学的に接続されたパルス式レーザ源105の出力ビーム113である。図２に示された如く、ミラー116、117および118は、パルス式レーザ源105の出力と試験サンプル110の表面との間の光路であって、出力ビーム113を所望箇所にて上記試験サンプルの表面上へと導くという光路を形成する。出力ビーム113の光路中にはレンズ120が配設されることで、該出力ビームを焦点合わせし得る。上記光路中には、たとえば、パルス式レーザ源105の出力ビーム113を形状化すべく使用され得るコリメータの如き(不図示の)付加的な光学素子も挿入され得る。更に、図２に示された欠陥検出システム150の実施例はミラーにより試験サンプル110に対して接続された出力ビーム113を描いているが、上記出力ビームは、ミラーにより最初に進路変更されもしくは反射されることなく、上記試験サンプルに対して直接的に接続され得ることを理解すべきである。(不図示の)代替実施例において上記パルス式レーザ源の出力ビーム113は、レーザ光線を案内し得る光ファイバもしくは光学的導波路の如きひとつ以上の光学的導波路により上記試験サンプルに対して接続され得る。 In the embodiment of the defect detection system 150 shown in FIG. 2, the ultrasonic excitation source is the output beam 113 of the pulsed laser source 105 optically connected to the test sample 110 by one or more mirrors. As shown in FIG. 2, mirrors 116, 117, and 118 are optical paths between the output of pulsed laser source 105 and the surface of test sample 110, where output beam 113 is directed to the test sample at the desired location. It forms an optical path that leads to the surface. A lens 120 is disposed in the optical path of the output beam 113 so that the output beam can be focused. Additional optical elements (not shown) such as collimators that can be used to shape the output beam 113 of the pulsed laser source 105 can also be inserted into the optical path. Further, the embodiment of the defect detection system 150 shown in FIG. 2 depicts an output beam 113 connected to the test sample 110 by a mirror, which is first redirected or reflected by the mirror. It should be understood that it can be directly connected to the test sample without being done. In an alternative embodiment (not shown), the pulsed laser source output beam 113 is connected to the test sample by one or more optical waveguides such as optical fibers or optical waveguides capable of guiding the laser beam. Can be done.
本明細書中に記述された如く、上記パルス式レーザ源は、試験サンプル中に超音波信号を誘起すべく使用され得る。試験サンプルの表面に入射する出力ビーム・パルスのエネルギ密度もしくはパワーに依存して、上記パルス式レーザ源は、熱弾性動作モードもしくは融除動作モードのいずれかで超音波信号を生成すべく利用され得る。たとえば、熱弾性モードの超音波信号生成は、上記パルス式レーザ源の出力ビームのパワー密度が比較的に低いときに行われる。上記出力ビームは、レーザ放射線の部分的吸収の故に、試験サンプルの表面上の局所的領域を、その材料の融点未満の温度まで急激に加熱する。温度の急激な増大には、熱弾性効果に起因して、加熱された材料の対応膨張が伴う。而して急激な膨張により、試験サンプルの表面内には線対称の引張応力が進展される。(たとえば各パルス間において)レーザが作動停止されたとき、加熱された領域は収縮する。試験サンプルの頂面の膨張および収縮は、該試験サンプルを貫通して伝搬する超音波信号を伴う。 As described herein, the pulsed laser source can be used to induce an ultrasonic signal in a test sample. Depending on the energy density or power of the output beam pulses incident on the surface of the test sample, the pulsed laser source can be used to generate ultrasonic signals in either a thermoelastic or ablation mode of operation. obtain. For example, ultrasonic signal generation in the thermoelastic mode is performed when the power density of the output beam of the pulse laser source is relatively low. The output beam abruptly heats a local region on the surface of the test sample to a temperature below the melting point of the material due to partial absorption of the laser radiation. The rapid increase in temperature is accompanied by a corresponding expansion of the heated material due to the thermoelastic effect. Thus, a sudden expansion causes a line-symmetric tensile stress to develop in the surface of the test sample. When the laser is deactivated (eg, between each pulse), the heated area contracts. The expansion and contraction of the top surface of the test sample is accompanied by an ultrasonic signal that propagates through the test sample.
代替的に、融除モード(ablative mode)の超音波信号生成は、上記パルス式レーザ源の出力ビームのパワー密度が、試験サンプルの表面を、その材料の溶融温度より高く加熱するに十分に大きいときに行われる。上述された如く、急激な加熱により、試験サンプルの表面には線対称の引張応力が生成される。しかし、サンプルの表面上の温度は溶融温度を超えることから、少量の材料が気化されて該試験サンプルの表面から放出される。故に、引張応力の生成に加え、材料が放出されるときに上記サンプルの表面に対しては直交する反力が生成される。直交する反力と、頂面の膨張および収縮との組み合わせにより、試験サンプルを貫通して伝搬する超音波信号が誘起される。概略的に、上記融除モードにより生成された超音波信号は、上記熱弾性モードにおいて生成された超音波信号よりも概略的に強力である。いずれの動作モードにおいても、試験サンプル内に誘起される超音波信号は、約200kHzから略々MHzまでの周波数成分を有する。 Alternatively, ablative mode ultrasonic signal generation is such that the power density of the output beam of the pulsed laser source is large enough to heat the surface of the test sample above the melting temperature of the material. Sometimes done. As described above, abrupt heating generates a line-symmetric tensile stress on the surface of the test sample. However, because the temperature on the surface of the sample exceeds the melting temperature, a small amount of material is vaporized and released from the surface of the test sample. Thus, in addition to the generation of tensile stress, a reaction force that is orthogonal to the surface of the sample is generated when the material is released. The combination of orthogonal reaction forces and top surface expansion and contraction induces an ultrasonic signal that propagates through the test sample. In general, the ultrasonic signal generated by the ablation mode is generally stronger than the ultrasonic signal generated in the thermoelastic mode. In either mode of operation, the ultrasonic signal induced in the test sample has a frequency component from about 200 kHz to about MHz.
次に図２および図３を参照すると、試験サンプル110は概略的に、少なくともひとつのルート141を備える金属構造から成り得る。図２および図３に示された試験サンプル110の上記実施例において、該試験サンプル110は、両者ともにスタンプ成形板金の薄寸プレートから形成された上側部分142および下側部分143から成る自動車用の構造的支持部材である。上側部分142は(たとえば図４に示された継手などの)重ね継手において、溶接部140により下側部分143に対して結合され得る。試験サンプル110はまた、たとえば、スタンプ成形操作から帰着するプレス・マーク144、および、各構成要素を上記構造的支持部材に対して接続するための種々の取付け孔146などの、複数個の製造用特定構造も備え得る。 With reference now to FIGS. 2 and 3, the test sample 110 may generally comprise a metal structure with at least one route 141. In the above embodiment of the test sample 110 shown in FIGS. 2 and 3, the test sample 110 is for an automobile consisting of an upper portion 142 and a lower portion 143 both formed from a thin plate of stamped sheet metal. Structural support member. The upper portion 142 may be coupled to the lower portion 143 by a weld 140 in a lap joint (eg, the joint shown in FIG. 4). The test sample 110 also includes a plurality of manufacturing features, such as a press mark 144 resulting from a stamping operation, and various mounting holes 146 for connecting each component to the structural support member. Specific structures may also be provided.
次に、図２および図３の試験サンプル110の上側部分142と下側部分143との間の重ね継ぎ溶接部140の断面を示す図４を参照すると、該溶接部140は、たとえば、ブローホール、不十分な脚長(すなわち、短い脚)、不十分な溶込み深さ、および／または、不十分なのど厚(すなわち、短いのど厚)などの、ひとつ以上の異なる種類の欠陥を含み得る。ブローホール欠陥は、溶接部が形成されるとき、または、溶接部が冷えるときに、該溶接部内に捕捉された空気もしくは気体が該溶接部から離脱するときに、該溶接部に生ずる。離脱する空気もしくは気体は、溶接部内にボイドを残置し、且つ／又は、溶接部内に空隙を形成し、それらはいずれも、溶接部の強度を低下させ得る。 Referring now to FIG. 4, which shows a cross section of the lap weld 140 between the upper portion 142 and the lower portion 143 of the test sample 110 of FIGS. 2 and 3, the weld 140 may be, for example, a blowhole. May include one or more different types of defects, such as insufficient leg length (ie, short legs), insufficient penetration depth, and / or insufficient throat thickness (ie, short throat thickness). Blow hole defects occur in the weld when the weld is formed or when the air or gas trapped in the weld is detached from the weld when the weld cools. The leaving air or gas leaves voids in the weld and / or creates voids in the weld, both of which can reduce the strength of the weld.
溶接部の溶込み深さは、たとえば試験サンプル110の上側部分142などの如き母材内へと溶接部の溶融部分が貫通する距離PDとして定義される。もし溶込み深さが母材の厚みの特定割合より小さければ、不十分な溶込み深さ、または、溶込み不良欠陥が生ずる。本明細書中に記述された実施例においては、距離PDが試験サンプルの上側部分142の厚みの約30％未満であるときに、溶込み不良欠陥が生ずる。但し、特定された割合は、試験サンプル110が採用される用途に依存して、30％超または30％未満とされ得ることを理解すべきである。 The penetration depth of the weld is defined as the distance PD through which the molten portion of the weld penetrates into the base material, such as the upper portion 142 of the test sample 110, for example. If the penetration depth is less than a specified percentage of the base metal thickness, insufficient penetration depth or poor penetration defects will occur. In the embodiments described herein, poor penetration defects occur when the distance PD is less than about 30% of the thickness of the upper portion 142 of the test sample. However, it should be understood that the specified percentage can be greater than 30% or less than 30% depending on the application in which the test sample 110 is employed.
重ね継ぎ溶接部140の脚は、該溶接部140のルート141と該溶接部の止端(たとえば、溶接部が母材と交差する箇所)との間の距離として定義される。図４における溶接部140の各脚は、距離S1およびS2として示される。本明細書中に記述された実施例においては、距離S1もしくはS2が試験サンプル110の上側部分142もしくは下側部分143のいずれかの材料厚みの80％未満であるならば、短寸脚欠陥が存在する。但し、特定された割合は、試験サンプル110が採用される用途に依存して80％超または80％未満とされ得ることを理解すべきである。 The leg of the lap weld 140 is defined as the distance between the root 141 of the weld 140 and the toe of the weld (eg where the weld intersects the base material). Each leg of weld 140 in FIG. 4 is shown as distances S1 and S2. In the examples described herein, short leg defects are present if the distance S1 or S2 is less than 80% of the material thickness of either the upper portion 142 or the lower portion 143 of the test sample 110. Exists. However, it should be understood that the specified percentage can be greater than 80% or less than 80% depending on the application in which the test sample 110 is employed.
のど厚THは、図４に示された如く、溶接部140のルート141と該溶接部の表面との間の最短距離として定義される。短寸のど厚欠陥は、溶接部140の“のど厚”が母材の厚みの特定割合未満であるときに生ずる。本明細書中に示されかつ記述された実施例において、短寸のど厚は、のど厚THが試験サンプルの上側部分142もしくは下側部分143のいずれかの厚みの約70％未満であるときに生ずる。但し、特定された割合は、試験サンプル110が採用される用途に依存して70％超または70％未満とされ得ることを理解すべきである。 The throat thickness TH is defined as the shortest distance between the route 141 of the weld 140 and the surface of the weld, as shown in FIG. A short throat defect occurs when the “throat thickness” of the weld 140 is less than a specified percentage of the thickness of the base metal. In the examples shown and described herein, the short throat thickness is when the throat thickness TH is less than about 70% of the thickness of either the upper portion 142 or the lower portion 143 of the test sample. Arise. However, it should be understood that the specified percentage can be greater than 70% or less than 70% depending on the application in which the test sample 110 is employed.
パルス式レーザ源を熱弾性モードもしくは融除モードで動作させることにより、試験サンプル110の上側部分142および下側部分143から成る各薄寸プレート内に誘起された超音波信号は、試験サンプルを貫通して伝搬する一連の超音波ラム波を生成する。ラム波(Lamb wave)は多重モードであり、各モードは、一群の周波数および波長の対により定義され得る。異なる周波数および波長の故に、各モードのラム波は、試験サンプル内で遭遇する異なる種類の欠陥に対して異なる様に反応し得る。たとえば、所定の種類の欠陥に対し、第1の群の周波数および波長の対により定義される第1モードは該欠陥により反射され得る一方、第2の群の周波数および波長の対を有する第2モードは該欠陥を貫通して透過せしめられ得る(すなわち、該欠陥は上記第2モードに対して影響しない)。故に、誘起された異なるモードのラム波は、異なる種類の欠陥に感応し得ると共に、本明細書において更に詳細に記述される如く、試験サンプルからの超音波応答信号を収集かつ解析することにより、試験サンプル内における異なる種類の欠陥の存在が決定され得る。 By operating the pulsed laser source in thermoelastic or ablation mode, the ultrasonic signal induced in each thin plate consisting of the upper portion 142 and the lower portion 143 of the test sample 110 penetrates the test sample. To generate a series of ultrasonic Lamb waves that propagate. Lamb waves are multiple modes, and each mode can be defined by a group of frequency and wavelength pairs. Because of the different frequencies and wavelengths, each mode of Lamb wave can react differently to different types of defects encountered in the test sample. For example, for a given type of defect, a first mode defined by a first group of frequency and wavelength pairs may be reflected by the defect, while a second mode having a second group of frequency and wavelength pairs. A mode can be transmitted through the defect (ie, the defect has no effect on the second mode). Thus, the induced different modes of Lamb waves can be sensitive to different types of defects and, as described in more detail herein, by collecting and analyzing an ultrasonic response signal from a test sample, The presence of different types of defects in the test sample can be determined.
図２を参照すると、試験サンプル上の溶接部内の欠陥の存在を決定するために、該試験サンプル110は、サンプル載置台108上に位置決めされると共に、ひとつ以上の固定デバイス109により該サンプル載置台108に対して取付けられ得る。パルス式レーザ源105およびEMATセンサ107は、該EMATセンサ107が、溶接部を貫通して透過した又は溶接部により反射された音響応答信号を収集する如く位置決めされ得る。 Referring to FIG. 2, in order to determine the presence of defects in the weld on the test sample, the test sample 110 is positioned on the sample mounting table 108 and the sample mounting table 109 by one or more fixing devices 109. Can be mounted against 108. The pulsed laser source 105 and the EMAT sensor 107 can be positioned such that the EMAT sensor 107 collects an acoustic response signal that is transmitted through or reflected by the weld.
たとえば一実施例において、溶接部を貫通して透過した音響応答信号が所望されるとき、図２に示された如く、試験サンプル110は、パルス式レーザ源の出力ビームが溶接部140の一側面に入射すると共に、EMATセンサ107が溶接部140の他側面上で試験サンプル110の近傍に位置決めされる如く、位置決めされ得る。故に、溶接部140は、パルス式レーザ源105の出力ビーム113が試験サンプル110に接触する箇所と、EMATセンサ107との間に位置決めされることを理解すべきである。この実施例において、試験サンプル110内で誘起され且つEMATセンサ107により受信される超音波信号は、溶接部140を貫通して透過される。欠陥は、上記溶接部を貫通して伝搬する超音波信号を変化させると共に、該超音波信号は、EMATセンサ107により受信される超音波応答信号へと変換される。該超音波応答信号は、溶接部140内における欠陥の存在に関する情報を該信号自体に担持している。更に、単一もしくは複数の超音波応答信号は、試験サンプル110と、パルス式レーザ源の出力ビームが該試験サンプル110に接触する箇所、および／または、EMATセンサ107の位置との間の相対的位置決めに基づき、溶接部140および試験サンプル110の丈に沿う位置に対して相関され得る。 For example, in one embodiment, when an acoustic response signal transmitted through the weld is desired, as shown in FIG. 2, the test sample 110 has an output beam of a pulsed laser source on one side of the weld 140. And the EMAT sensor 107 can be positioned such that it is positioned near the test sample 110 on the other side of the weld 140. Thus, it should be understood that the weld 140 is positioned between the EMAT sensor 107 and the point where the output beam 113 of the pulsed laser source 105 contacts the test sample 110. In this embodiment, the ultrasonic signal induced in the test sample 110 and received by the EMAT sensor 107 is transmitted through the weld 140. The defect changes the ultrasonic signal propagating through the weld, and the ultrasonic signal is converted into an ultrasonic response signal received by the EMAT sensor 107. The ultrasonic response signal carries information on the presence of defects in the weld 140 in the signal itself. Further, the single or multiple ultrasonic response signals may be relative to each other between the test sample 110 and the location where the output beam of the pulsed laser source contacts the test sample 110 and / or the position of the EMAT sensor 107. Based on the positioning, it can be correlated to a position along the length of the weld 140 and the test sample 110.
(不図示の)別実施例において、溶接部により反射された音響応答信号が所望されるとき、上記EMATセンサは溶接部の一側面上に位置決めされ得ると共に、パルス式レーザ源の出力ビームは、上記溶接部の側面であってEMATセンサと同一側であるという側面上にに試験サンプルに対して導向され得る。上記パルス式レーザ源により上記試験サンプル内で誘起された超音波応答信号は、該試験サンプルを貫通して伝搬して溶接部に至り、該溶接部は上記信号(たとえば超音波応答信号)の少なくとも一部分を反射し、これは上記EMATセンサにより検出される。欠陥を含む溶接部の部分は、欠陥を含まない溶接部の部分とは異なる様に上記超音波信号を反射もしくは透過することから、上記EMATセンサにより受信された反射超音波応答信号は、溶接部内における欠陥の存在に関する情報を該信号自体に担持している。 In another embodiment (not shown), when an acoustic response signal reflected by the weld is desired, the EMAT sensor can be positioned on one side of the weld and the output beam of the pulsed laser source is It can be directed against the test sample on the side of the weld that is the same side as the EMAT sensor. The ultrasonic response signal induced in the test sample by the pulsed laser source propagates through the test sample to the weld, where the weld is at least one of the signals (e.g., the ultrasonic response signal). A part is reflected and detected by the EMAT sensor. The part of the weld that contains the defect reflects or transmits the ultrasonic signal differently from the part of the weld that does not contain the defect, so the reflected ultrasonic response signal received by the EMAT sensor The signal itself carries information about the presence of defects in the signal.
次に図２および図５乃至図９を参照すると、溶接部内の欠陥の存在を欠陥検出システム150により検出する方法の一実施例200が示される。第1ステップ202において、上記制御器はパルス式レーザ源105をトリガし、上述の如く一連のビーム・パルスを試験サンプル110の表面上へと導向することにより、該試験サンプル内に超音波信号を誘起する。上記制御器は測定箇所毎に上記パルス式レーザ源を複数回トリガすべくプログラムされ得ると共に、測定箇所毎のパルス式レーザの各起動により生成されて収集された超音波応答信号は平均されることで、その箇所において収集された超音波応答信号の信号／ノイズ比を増大させ得る。本明細書中に記述された実施例において、上記パルス式レーザ源は融除モードで動作されることで、約200kHz〜約15MHzの周波数成分を有する超音波応答信号を試験サンプル内に誘起する。但し、上記パルス式レーザ源は熱弾性モードで動作されて試験サンプル内に超音波信号を生成しても良いことを理解すべきである。上記超音波信号は試験サンプル110および溶接部140を貫通して伝搬すると共に、該超音波信号の一部は溶接部140内における欠陥もしくは試験サンプル内の他の特定構造により反射され得る一方、超音波応答信号の他の部分は溶接部140を貫通して透過し得る。この例において超音波応答信号は、超音波信号の一部が試験サンプル内の欠陥および／または他の特定構造により反射および／または回折された後に透過もしくは反射された信号である。 Referring now to FIG. 2 and FIGS. 5-9, one embodiment 200 of a method for detecting the presence of a defect in a weld by a defect detection system 150 is shown. In a first step 202, the controller triggers the pulsed laser source 105 and directs a series of beam pulses onto the surface of the test sample 110 as described above to produce an ultrasonic signal in the test sample. Induce. The controller can be programmed to trigger the pulsed laser source multiple times for each measurement location, and the ultrasonic response signals generated and collected by each activation of the pulsed laser for each measurement location are averaged. Thus, the signal / noise ratio of the ultrasonic response signal collected at that point can be increased. In the embodiments described herein, the pulsed laser source is operated in an ablation mode to induce an ultrasonic response signal having a frequency component between about 200 kHz and about 15 MHz in a test sample. However, it should be understood that the pulsed laser source may be operated in a thermoelastic mode to generate an ultrasonic signal in the test sample. While the ultrasonic signal propagates through the test sample 110 and the weld 140, a portion of the ultrasonic signal may be reflected by defects in the weld 140 or other specific structures in the test sample, while Other portions of the sonic response signal can penetrate through the weld 140. In this example, the ultrasonic response signal is a signal that is transmitted or reflected after a portion of the ultrasonic signal is reflected and / or diffracted by defects and / or other specific structures in the test sample.
第2ステップ204において、試験サンプル110内で誘起された超音波応答信号はEMATセンサ107により収集される。本明細書中に記述された実施例においてEMATセンサ107は、図２に示された如く且つ上述された如く、溶接部140を貫通して透過された超音波応答信号を収集すべく位置決めされる。EMATセンサ107は収集された超音波応答信号を、該超音波応答信号の振幅に比例する電圧を有する電気信号へと変換する。故に、本明細書中に記述された実施例において、収集された超音波応答信号が溶接部140を貫通して透過した場合、比較的に大きな電圧を以てEMATセンサ107により生成された電気信号は比較的に大きな振幅を有する超音波応答信号に対応する一方、比較的に小さな電圧を有する電気信号は比較的に小さな振幅を有する超音波応答信号に対応する。而して、超音波応答信号の相対的な大きさは試験サンプル内における欠陥および／または製造用特定構造の不在もしくは存在を概略的に表すことができ、小さな振幅は欠陥および／または製造用特定構造の存在を表し、且つ、大きな振幅は欠陥および／または製造用特定構造の不在を表す。 In a second step 204, the ultrasonic response signal induced in the test sample 110 is collected by the EMAT sensor 107. In the embodiment described herein, the EMAT sensor 107 is positioned to collect an ultrasonic response signal transmitted through the weld 140 as shown in FIG. 2 and described above. . The EMAT sensor 107 converts the collected ultrasonic response signal into an electric signal having a voltage proportional to the amplitude of the ultrasonic response signal. Thus, in the example described herein, when the collected ultrasonic response signal is transmitted through the weld 140, the electrical signal generated by the EMAT sensor 107 with a relatively large voltage is compared. While corresponding to an ultrasonic response signal having a relatively large amplitude, an electrical signal having a relatively small voltage corresponds to an ultrasonic response signal having a relatively small amplitude. Thus, the relative magnitude of the ultrasonic response signal can schematically represent the absence or presence of defects and / or manufacturing specific structures in the test sample, and small amplitudes can indicate defects and / or manufacturing specifics. A large amplitude represents the presence of a structure and a defect and / or absence of a specific structure for manufacturing.
EMATセンサ107により生成された電気信号は、該EMATセンサ107から(不図示の)制御器へと送信され、其処で上記電気信号は該制御器に組み合わされたメモリに記憶される。上記電気信号の振幅(すなわち電圧)は、時間の関数として上記メモリ内に記憶されると共に、試験サンプル110の溶接部140に沿う特定位置に対してインデックス付けされもしくは相関される。故に上記超音波信号の振幅は、時間(t)、および、溶接部140に沿う位置(x)の両方の関数であり得ることから、f(x,t)と記述され得ることを理解すべきである。 The electrical signal generated by the EMAT sensor 107 is transmitted from the EMAT sensor 107 to a controller (not shown), where the electrical signal is stored in a memory associated with the controller. The amplitude (ie, voltage) of the electrical signal is stored in the memory as a function of time and is indexed or correlated to a specific location along the weld 140 of the test sample 110. Therefore, it should be understood that the amplitude of the ultrasonic signal can be described as f (x, t) since it can be a function of both time (t) and position (x) along the weld 140. It is.
溶接部140に沿うひとつの箇所に対し、収集された超音波信号がメモリ内に記憶された後、パルス式レーザ源105とEMATセンサ107とに対する試験サンプル110の位置は、溶接部140に沿う異なる測定箇所にて試験サンプル110から超音波応答信号が誘起かつ収集され得る如く、調節され得る。図２に示された実施例において、パルス式レーザ源105とEMATセンサ107とに対する試験サンプル110の位置は、送りネジ122に対して連結された(不図示の)ステッパ・モータに対して制御信号を送る上記制御器により調節され得る。上記ステッパ・モータが回転すると送りネジ122が回転されることで、サンプル載置台108に対しては並進動作が付与されて、パルス式レーザ源105とEMATセンサ107とに対する試験サンプル110の位置が調節される。 After the collected ultrasonic signal is stored in memory for one location along the weld 140, the position of the test sample 110 relative to the pulsed laser source 105 and the EMAT sensor 107 differs along the weld 140. It can be adjusted so that an ultrasonic response signal can be induced and collected from the test sample 110 at the measurement location. In the embodiment shown in FIG. 2, the position of the test sample 110 relative to the pulsed laser source 105 and the EMAT sensor 107 is controlled by a control signal for a stepper motor (not shown) connected to the lead screw 122. Can be adjusted by the controller. When the stepper motor is rotated, the feed screw 122 is rotated, so that the sample mounting table 108 is translated and the position of the test sample 110 relative to the pulsed laser source 105 and the EMAT sensor 107 is adjusted. Is done.
試験サンプル110の位置が調節された後、ステップ202および204は溶接部140に沿う新たな箇所において反復され得ると共に、超音波応答信号の振幅は時間(t)および上記溶接部に沿う箇所(x)の両方の関数として、上記制御器に作用的に組み合わされた上記メモリ内に記憶される。超音波信号を誘起し、超音波応答信号を収集し、且つ、試験サンプルの位置を調節するというこのプロセスは、上記溶接部の一区画および／または該溶接部140の全長に対して一群の超音波応答信号を進展させるべく、複数回に亙り反復され得る。図６は、ひとつの試験サンプルから収集された一群の超音波応答信号をグラフ的に示している。y軸は溶接部に沿う位置を表し、x軸は超音波応答信号が収集された時的間隔を表し、且つ、グレースケールは収集された超音波応答信号の相対振幅をボルト単位で表している。本明細書中に示されかつ記述された実施例において、試験サンプルの位置はミリメートルの段増分にて調節されるが、所望される欠陥分解能に依存して、更に大きいもしくは更に小さい段増分が使用され得る。 After the position of the test sample 110 has been adjusted, steps 202 and 204 can be repeated at a new location along the weld 140, and the amplitude of the ultrasonic response signal is time (t) and the location along the weld (x ) As a function of both in the memory operatively associated with the controller. This process of inducing an ultrasonic signal, collecting an ultrasonic response signal, and adjusting the position of the test sample is a group of superwelds over the section of the weld and / or the total length of the weld 140. It can be repeated multiple times to develop the sonic response signal. FIG. 6 graphically illustrates a group of ultrasonic response signals collected from a single test sample. The y-axis represents the position along the weld, the x-axis represents the time interval at which the ultrasonic response signal was collected, and the gray scale represents the relative amplitude of the collected ultrasonic response signal in volts. . In the examples shown and described herein, the position of the test sample is adjusted in millimeter step increments, although larger or smaller step increments may be used depending on the desired defect resolution. Can be done.
依然として図６を参照すると、試験サンプル内で誘起された超音波信号の更に高い周波数／更に短い波長の成分は、他の低周波よりも、試験サンプル内における特定構造により更に回折および／または反射され易い。たとえば、斯かる特定構造により特に反射および／または回折され易いひとつの周波数範囲は、約0.977MHz〜約1.464MHzであり得る。故に、試験サンプルから収集された超音波応答信号における対応周波数は、斯かる特定構造の存在に関する情報を含み得る。これらの特定構造としては、(たとえばコネクタ孔、スタンプ成形マークなどの)製造用特定構造の如き規則的特定構造(すなわち、複数の試験サンプルの各々において規則的に生ずる特定構造)、および、欠陥の如き不規則的特定構造が挙げられる。 Still referring to FIG. 6, the higher frequency / shorter wavelength components of the ultrasound signal induced in the test sample are further diffracted and / or reflected by specific structures in the test sample than other low frequencies. easy. For example, one frequency range that is particularly susceptible to reflection and / or diffraction by such a particular structure may be from about 0.977 MHz to about 1.464 MHz. Thus, the corresponding frequency in the ultrasonic response signal collected from the test sample can include information regarding the presence of such a specific structure. These specific structures include regular specific structures such as manufacturing specific structures (e.g., connector holes, stamped marks, etc.) (i.e., specific structures that occur regularly in each of a plurality of test samples), and defects. Such an irregular specific structure.
ステップ206において上記制御器は、試験サンプルから収集された超音波応答信号をフィルタリングし、斯かる特定構造により最も反射および／または回折され易い周波数を分離すべくプログラムされ得る。本明細書中に記述された実施例において、溶接部に沿う各測定箇所(x)に対して収集された超音波応答信号は、離散ウェーブレット変換(DWT)を用いて、試験サンプル内の(欠陥の如き)特定構造に感応する周波数範囲へとフィルタリングされ得る。詳細には、溶接部に沿う特定の箇所xに対し、収集された超音波応答信号f(t)は、次式の関係に従い、一群のウェーブレット係数WS(h,k)へと分解され得る：
概略的に、マザー・ウェーブレット関数Ψの選択は、収集される超音波応答信号の形状もしくは形態に依存し得る、と言うのも、与えられた超音波応答信号は、該信号の形状もしくは形態に類似した形状もしくは形態を有するウェーブレットにより更に良好に近似され得るからである。但し、試験サンプル中に存在する異なる特定構造は、誘起される超音波信号に対して異なる様に影響し得ることから、超音波応答信号の結果的形状を予測することは困難であり得る。更に、異なるマザー・ウェーブレットは異なる特定構造に対して感応的であり得ることから、特定の種類の特定構造を解明するためには、一定のマザー・ウェーブレットが更に良好に使用され得る。故に、試験サンプル中に存在し得る全ての種々の特定構造を解明するためには、各測定箇所に対する超音波応答信号を分解すべく複数の異なるマザー・ウェーブレットjが使用され得る。この手法においてΨjは、形態および特定構造に対する特定の感受性を有するマザー・ウェーブレットjを表す。超音波応答信号の分解のために使用されるマザー・ウェーブレットは、たとえば、ドベシィ・ウェーブレット群(Daubechies wavelet family)、コアフレット(Coiflet)ウェーブレット群、ハール(Haar)ウェーブレット群、シムレット(Symmlet)ウェーブレット群、離散メイエ(Discrete Meyer)(DMEY)ウェーブレット群、および／または、それらの組み合わせから選択され得る。たとえば一実施例においては、収集された各超音波応答信号を分解すべく合計で24個(すなわちj=24)の異なるマザー・ウェーブレットが使用されることで、異なる24群のウェーブレット係数が生成され得る。この実施例において、上記24個のマザー・ウェーブレットは、１個のDMEYウェーブレット、コアフレット・ウェーブレット族からのウェーブレット2〜4、および、ドベシィ・ウェーブレット族からのウェーブレット2〜20を含み得る。但し、収集された超音波応答信号をDWTにより分解するために使用されるマザー・ウェーブレットjの個数は24個未満もしくは24個超とされ得ることを理解すべきである。更に、単一のウェーブレット族からの複数のマザー・ウェーブレットが使用され得ることを理解すべきである。 In general, the choice of the mother wavelet function Ψ may depend on the shape or form of the acquired ultrasound response signal, since a given ultrasound response signal depends on the shape or form of the signal. This is because the wavelet having a similar shape or form can be approximated better. However, it can be difficult to predict the resulting shape of the ultrasound response signal because different specific structures present in the test sample can affect the induced ultrasound signal differently. In addition, because different mother wavelets can be sensitive to different specific structures, certain mother wavelets can be used better to solve specific types of specific structures. Thus, in order to resolve all the various specific structures that may be present in the test sample, a plurality of different mother wavelets j can be used to resolve the ultrasonic response signal for each measurement location. In this approach, Ψ j represents a mother wavelet j that has a particular sensitivity to form and particular structure. Mother wavelets used for the decomposition of ultrasonic response signals include, for example, the Daubechies wavelet family, the Coiflet wavelet group, the Haar wavelet group, and the Symlet wavelet group. , Discrete Meyer (DMEY) wavelets, and / or combinations thereof. For example, in one embodiment, a total of 24 different mother wavelets are used to resolve each collected ultrasound response signal (i.e., j = 24), resulting in 24 different groups of wavelet coefficients. obtain. In this example, the 24 mother wavelets may include one DMEY wavelet, wavelets 2-4 from the core fret wavelet family, and wavelets 2-20 from the Dovecy wavelet family. However, it should be understood that the number of mother wavelets j used to decompose the collected ultrasonic response signal by DWT can be less than 24 or greater than 24. Further, it should be understood that multiple mother wavelets from a single wavelet family may be used.
j個のマザー・ウェーブレットの各々を利用して超音波応答信号が分解された後、結果的な各群のウェーブレット係数は帯域通過フィルタリングされることで、欠陥に対して最も感応的である周波数範囲であって、本明細書中に記述された実施例においては約0.977MHz〜約1.464MHzであるという周波数範囲が分離され得る。ひとつの群のウェーブレット係数のフィルタリングは、群WS(h,k)の要素であって、所望の周波数範囲の外側である周波数成分に対応するという要素をゼロにすることで実施される。本明細書中に記述された実施例において、DWTによる分解およびフィルタリングは、溶接部に沿う各測定箇所における各マザー・ウェーブレットに対して帯域通過フィルタリングされた一群のウェーブレット係数を生成するMalletのフィルタ・バンクを用いて上記制御器により実施される。 After the ultrasonic response signal is resolved using each of the j mother wavelets, the resulting wavelet coefficients for each group are bandpass filtered to provide the frequency range most sensitive to defects. However, the frequency range of about 0.977 MHz to about 1.464 MHz in the embodiments described herein can be separated. The filtering of one group of wavelet coefficients is performed by setting the elements of the group WS (h, k) corresponding to frequency components outside the desired frequency range to zero. In the example described herein, the decomposition and filtering by DWT is a Mallet filter that produces a group of wavelet coefficients that are bandpass filtered for each mother wavelet at each measurement location along the weld. This is implemented by the controller using a bank.
収集された各超音波応答信号が各マザー・ウェーブレットにより分解されてフィルタリングされた後、結果的な各群のウェーブレット係数は逆離散ウェーブレット変換(IDWT)により再構成されることで、溶接部に沿う各測定箇所xにおける各マザー・ウェーブレットに対するフィルタリング済み応答信号fj(x,t)を形成し得る。たとえば、収集された超音波応答信号を分解してフィルタリングするために24個のマザー・ウェーブレットが使用され、且つ、溶接部に沿う10個の別体的な測定箇所が在るとき、IDWTにより240個のフィルタリング済み応答信号が生成される。 After each collected ultrasonic response signal is decomposed and filtered by each mother wavelet, the resulting wavelet coefficients of each group are reconstructed by inverse discrete wavelet transform (IDWT) along the weld. A filtered response signal f j (x, t) for each mother wavelet at each measurement location x may be formed. For example, when 24 mother wavelets are used to decompose and filter the collected ultrasonic response signal and there are 10 separate measurement points along the weld, IDWT 240 Filtered response signals are generated.
次のステップ208において、上記制御器は、フィルタリング済み応答信号fj(x,t)に基づき、各マザー・ウェーブレットおよび測定箇所に対するエネルギ分布Ej(x)を算出して正規化すべくプログラムされ得る。たとえば、超音波応答信号を分解すべく24個のマザー・ウェーブレットが使用されたときには、24個のエネルギ分布が算出され得る。マザー・ウェーブレットjに対するエネルギ分布Ej(x)は、次式の如く信号の持続時間の全体に亙り対応するフィルタリング済み応答信号fj(x,t)の二乗を合計することにより、算出かつ正規化され得る：
特定のマザー・ウェーブレットjに対するエネルギ分布Ej(x)は図７に示された如くプロットされ得るものであり、その場合にx軸は溶接部に沿う測定箇所に対応し、且つ、y軸は特定のマザー・ウェーブレットjに対する正規化済みのエネルギ分布Ej(x)に対応する。プロットされたエネルギ分布は、超音波応答信号のエネルギは溶接部の丈に沿い変動することを示している。エネルギにおけるこれらの変動は、試験サンプルおよび／または溶接部における種々の特定構造であって該試験サンプル内に誘起された超音波信号を反射もしくは回折し得るという種々の特定構造の存在により引き起こされ得る。上述された如く、斯かる特定構造としては、スタンプ成形マーク、コネクタ孔などの如き規則的特定構造、または、欠陥、および／もしくは、溶接部の厚みにおける変化の如き不規則的特定構造が挙げられる。 The energy distribution E j (x) for a particular mother wavelet j can be plotted as shown in FIG. 7, where the x axis corresponds to the measurement location along the weld and the y axis is Corresponds to the normalized energy distribution E j (x) for a particular mother wavelet j. The plotted energy distribution shows that the energy of the ultrasonic response signal varies along the length of the weld. These variations in energy can be caused by the presence of various specific structures in the test sample and / or weld that can reflect or diffract the ultrasonic signals induced in the test sample. . As described above, such specific structures include regular specific structures such as stamped marks, connector holes, etc., or irregular specific structures such as defects and / or changes in weld thickness. .
故に上記制御器は、各マザー・ウェーブレットjに対するエネルギ分布を、一切の欠陥の無い溶接部のエネルギ分布を表す同一のマザー・ウェーブレットに対応する平均もしくは基準のエネルギと比較することにより、不規則的特定構造(すなわち欠陥)から規則的特定構造(すなわち全ての試験サンプルに共通する特定構造)を区別すべくプログラムされ得る。一実施例において、特定のマザー・ウェーブレットjに対する基準エネルギ分布は、そのマザー・ウェーブレットに対する複数の対応エネルギ分布であって複数の試験サンプルから夫々獲得されたという複数の対応エネルギ分布を平均することにより決定され得る。単一のエネルギ分布のエネルギにおける変動であって不規則的特定構造もしくは欠陥の存在に起因するという変動は無作為なノイズとして現れることから、異なる試験サンプルからの幾つかのエネルギ分布を平均すると、平均エネルギ分布における信号／ノイズ比が増大されることで、不規則的特定構造もしくは欠陥の結果としてのエネルギ分布における変動は最小化もしくは緩和される。この実施例において、基準エネルギ分布Ej baseline(x)は次式により決定され得る：
基準エネルギ分布Ej baseline(x)が、複数の異なる試験サンプルからの対応エネルギ分布を平均することにより算出される実施例において、上記制御器は複数の基準エネルギ分布により事前プログラムされ得る。その後、上記欠陥検出システムが欠陥の存在に対して付加的な試験サンプルを解析するにつれ、上記制御器は、解析される付加的な各試験サンプルからのエネルギ分布により各基準エネルギ分布を継続的に更新することにより、各基準エネルギ分布を更に精緻化する。代替的に、基準エネルギ分布Ej baseline(x)は、上記制御器内に事前プログラムされると共に、上記欠陥検出システムにより解析される全ての試験サンプルに対して一定のままとされ得る。 In embodiments where the reference energy distribution E j baseline (x) is calculated by averaging the corresponding energy distributions from a plurality of different test samples, the controller can be preprogrammed with a plurality of reference energy distributions. Thereafter, as the defect detection system analyzes additional test samples for the presence of defects, the controller continuously determines each reference energy distribution with the energy distribution from each additional test sample being analyzed. By updating, each reference energy distribution is further refined. Alternatively, the reference energy distribution E j baseline (x) can be pre-programmed in the controller and remain constant for all test samples analyzed by the defect detection system.
各マザー・ウェーブレットjに対する基準エネルギ分布は本質的に、溶接部における不規則的特定構造もしくは欠陥の影響が無いことから、その溶接部における欠陥の存在は、特定のマザー・ウェーブレットjに対する基準エネルギ分布を、試験サンプルに対する対応エネルギ分布と比較することにより決定され得る。特定の箇所におけるエネルギが、同一箇所における平均エネルギより小さければ、その溶接部箇所おいて該溶接部は、或る種類の欠陥(たとえば、短寸脚、短寸のど厚、ブローホールなど)を含む可能性がある。 Since the reference energy distribution for each mother wavelet j is essentially free from the effects of irregular specific structures or defects in the weld, the presence of defects in the weld is determined by the reference energy distribution for a particular mother wavelet j. Can be determined by comparing to the corresponding energy distribution for the test sample. If the energy at a particular location is less than the average energy at the same location, the weld will contain some type of defect (eg, short leg, short throat thickness, blowhole, etc.) at the weld location. there is a possibility.
たとえば図８Ａおよび図８Ｂは、同一の試験サンプルから収集された超音波応答信号に対する２つの異なるマザー・ウェーブレットに対し、エネルギ分布と基準エネルギ分布との間のエネルギ差をグラフ的に示している。両方の場合においてエネルギ差EDは、各マザー・ウェーブレットに対するエネルギ分布から基準エネルギ分布を減算する(たとえば、ED＝Ej(x)−Ej baseline(x))ことにより算出された。図８Ａは、収集された超音波応答信号をドベシィ２マザー・ウェーブレットにより分解すると共に、対応マザー・ウェーブレットに対する基準エネルギ分布を減算することにより算出されたエネルギ分布間のエネルギ差を示している。図８Ｂは、収集された超音波応答信号をドベシィ３マザー・ウェーブレットにより分解すると共に、対応マザー・ウェーブレットに対する基準エネルギ分布を減算することにより算出されたエネルギ分布間のエネルギ差を示している。図８Ａおよび図８Ｂの両方において、溶接部に沿う複数の箇所であってゼロ未満のエネルギ差を有するという箇所は、その箇所における欠陥の潜在的な存在を表している。図８Ａは、5〜8mm、16〜17mm、29〜39mm、59〜81mm、96〜102mm、129〜135mm、および、146〜151mmにおいて溶接部中に欠陥が存在し得ることを表している。図８Ｂは、5〜9mm、24〜31mm、34〜70mm、77〜88mm、97〜109mm、および、141〜160mmにおいて溶接部中に欠陥が存在し得ることを表している。 For example, FIGS. 8A and 8B graphically illustrate the energy difference between the energy distribution and the reference energy distribution for two different mother wavelets for ultrasound response signals collected from the same test sample. In both cases, the energy difference ED was calculated by subtracting the reference energy distribution from the energy distribution for each mother wavelet (eg, ED = E j (x) −E j baseline (x)). FIG. 8A shows the energy difference between the energy distributions calculated by decomposing the collected ultrasound response signal with the Dovecy 2 mother wavelet and subtracting the reference energy distribution for the corresponding mother wavelet. FIG. 8B shows the energy difference between the energy distributions calculated by decomposing the collected ultrasound response signal with the Dovecy 3 mother wavelet and subtracting the reference energy distribution for the corresponding mother wavelet. In both FIGS. 8A and 8B, a plurality of locations along the weld that have an energy difference of less than zero represents a potential presence of a defect at that location. FIG. 8A shows that defects may be present in the weld at 5-8 mm, 16-17 mm, 29-39 mm, 59-81 mm, 96-102 mm, 129-135 mm, and 146-151 mm. FIG. 8B shows that defects can be present in the weld at 5-9 mm, 24-31 mm, 34-70 mm, 77-88 mm, 97-109 mm, and 141-160 mm.
図８Ａおよび図８Ｂは溶接部中の欠陥の潜在的な存在を表す一方、図８Ａおよび図８Ｂはまた、異なる複数のマザー・ウェーブレットにより分解かつフィルタリングされた超音波信号は、溶接部内に存在し得る異なる種類の欠陥に感応的であり得ることもグラフ的に示している。故に次のステップ210においては、欠陥の存在に関して溶接部を更に十分に解析するために、サンプルに対して合計エネルギ差が決定される。与えられた試験サンプルiに対する合計エネルギ差SEDは、特定のマザー・ウェーブレットに対するエネルギ分布と、同一のマザー・ウェーブレットに対する対応基準エネルギ分布との間の差であって、全てのマザー・ウェーブレットjに対して合計されたという差であり、故に該合計エネルギ差は、全てのマザー・ウェーブレットに対するエネルギ分布と、それらの対応する欠陥感受性とを、単一の表現に取入れている。詳細には、SEDは次式の如く記述され得る：
次に図９を参照すると、特定のサンプルに対するSEDがグラフ的に描かれている。図８Ａおよび図８Ｂに描かれたエネルギ差と同様に、ゼロ未満の合計エネルギ値を有する箇所は、潜在的な欠陥箇所である。たとえば図９において、25mm、30〜40mm、58〜70mm、78〜81mm、98〜103mm、および、121〜140mmにおける箇所はゼロ未満の合計エネルギ差を有しており、これらの箇所におけるエネルギは、その箇所におけるサンプルの平均エネルギ分布よりも小さいことを表している。 Referring now to FIG. 9, the SED for a particular sample is depicted graphically. Similar to the energy difference depicted in FIGS. 8A and 8B, locations having a total energy value less than zero are potential defect locations. For example, in FIG. 9, locations at 25 mm, 30-40 mm, 58-70 mm, 78-81 mm, 98-103 mm, and 121-140 mm have a total energy difference of less than zero, and the energy at these locations is It is smaller than the average energy distribution of the sample at that location.
合計エネルギ差分布が、(本例では−0.5である)指定された低エネルギ閾値より低いとき、その箇所は上記制御器により欠陥の箇所であると特定される。たとえば図９に示されたSEDにおいては、箇所160、161および162が欠陥箇所である、と言うのも、これらの箇所は−0.5未満のSEDを有するからである。本明細書中に記述された実施例において上記低エネルギ閾値は、複数の試験サンプルが上記欠陥検出システムにより解析された後、これらの試験サンプルを破壊試験することにより実験的に決定されている。上記欠陥検出システムの上記結果は破壊試験の結果と相関され、且つ、上述の欠陥判断基準を利用して、上記低エネルギ閾値が確立される。故に、本明細書中に記述された実施例は低エネルギ閾値として−0.5を利用するが、利用される特定の欠陥判断基準に依存して低エネルギ閾値は−0.5未満または超とされ得ることを理解すべきである。 When the total energy difference distribution is below a specified low energy threshold (which is -0.5 in this example), the location is identified as a defect location by the controller. For example, in the SED shown in FIG. 9, locations 160, 161, and 162 are defect locations because these locations have SEDs less than −0.5. In the embodiments described herein, the low energy threshold is experimentally determined by destructively testing a plurality of test samples after they are analyzed by the defect detection system. The results of the defect detection system are correlated with the results of destructive testing, and the low energy threshold is established using the defect criteria described above. Thus, although the embodiments described herein utilize -0.5 as the low energy threshold, it should be noted that the low energy threshold can be less than or greater than -0.5 depending on the particular defect criteria utilized. Should be understood.
次のステップ212において、上記制御器は上記合計エネルギ差を解析すべくプログラムされ得ると共に、特定箇所に対する合計エネルギ箇所が上記低エネルギ閾値未満であるとき、上記制御器は、その箇所を欠陥を含むと指定し、且つ、この指定をメモリに記憶する。 In the next step 212, the controller can be programmed to analyze the total energy difference, and when the total energy location for a particular location is less than the low energy threshold, the controller includes that location as defective. And the designation is stored in the memory.
次のステップ214において上記制御器は、試験サンプル中の欠陥の存在に基づき、該サンプルが検査に合格であるか不合格であるかの表示をユーザに対して提供すべくプログラムされ得る。たとえば試験サンプルが欠陥を含む場合に上記制御器は、該制御器に接続された表示器により、該試験サンプルは検査に不合格であるとの聴覚的および／または視覚的な表示をユーザに対して提供し得る。代替的にもしくは付加的に上記制御器は、当該部品が検査に不合格であることを示す付属モニタであって、図９に示されたのと同様のグラフを表示するなどにより検出欠陥の箇所を特定するという付属モニタ上で、ユーザに対してメッセージを表示しても良い。また、試験サンプルは欠陥を含まず、検査に合格したということをユーザに示すべく、同様の手順が使用され得る。 In the next step 214, the controller can be programmed to provide the user with an indication of whether the sample passes or fails inspection based on the presence of defects in the test sample. For example, if the test sample contains a defect, the controller may provide an audible and / or visual indication to the user that the test sample has failed inspection by an indicator connected to the controller. Can be provided. Alternatively or additionally, the controller is an attached monitor indicating that the part has failed the inspection, and the detected defect location is displayed by displaying a graph similar to that shown in FIG. A message may be displayed to the user on the attached monitor that identifies the user. Also, a similar procedure can be used to indicate to the user that the test sample is free of defects and has passed inspection.
本明細書において“実質的に”および“約”という語句は、一切の量的比較、値、測定値、または、他の表現に起因し得る本来的な不確実性の程度を表すべく使用され得ることを銘記されたい。本明細書において、これらの語句はまた、問題となる主題の基本機能の変化に帰着せずに、述べられた基準から量的表現を変化させ得る程度を表すためにも使用される。 The terms “substantially” and “about” are used herein to indicate the degree of inherent uncertainty that may result from any quantitative comparison, value, measurement, or other representation. Please note that you get. In the present specification, these phrases are also used to describe the extent to which the quantitative expression can be changed from the stated criteria without resulting in a change in the basic function of the subject matter in question.
本明細書においては特定の実施例が図示かつ記述されたが、権利請求された主題の精神および有効範囲から逸脱せずに他の種々の変更および改変が為され得ることを理解すべきである。更に、本明細書においては権利請求された主題の種々の見地が記述されたが、斯かる見地は組み合わせて使用される必要はない。故に、添付の各請求項は、権利請求された主題の有効範囲内に収まる斯かる変更および改変の全てを包含することが意図される。 While specific embodiments have been illustrated and described herein, it should be understood that various other changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the claimed subject matter. . Furthermore, although various aspects of the claimed subject matter have been described herein, such aspects need not be used in combination. Accordingly, the appended claims are intended to cover all such changes and modifications as fall within the scope of the claimed subject matter.
100 欠陥検出システム
102 制御器
104 音響信号生成器
105 パルス式レーザ源
106 音響信号検出器
107 EMATセンサ
108 サンプル載置台
109 固定デバイス
110 試験サンプル
140 溶接部
100 defect detection system
102 Controller
104 Acoustic signal generator
105 Pulsed laser source
106 Acoustic signal detector
107 EMAT sensor
108 Sample table
109 Fixed devices
110 test samples
140 welds
Claims (20)
前記測定箇所の各々からの超音波応答信号をフィルタリングし、前記測定箇所の各々に対して複数のフィルタリング済み応答信号を生成する段階であって、各フィルタリング済み応答信号は特定種類の欠陥に対応するという段階と、
前記測定箇所の各々に対する前記複数のフィルタリング済み応答信号に基づき、前記溶接部に対する複数のエネルギ分布を算出する段階と、
各エネルギ分布を、対応する基準エネルギ分布と比較し、前記溶接部における欠陥の存在を決定する段階とを有する、方法。 A method of processing ultrasonic response signals collected from a plurality of measurement locations along a weld and determining the presence of defects in the weld,
Filtering an ultrasonic response signal from each of the measurement locations to generate a plurality of filtered response signals for each of the measurement locations, each filtered response signal corresponding to a particular type of defect And the stage
Calculating a plurality of energy distributions for the weld based on the plurality of filtered response signals for each of the measurement locations;
Comparing each energy distribution with a corresponding reference energy distribution to determine the presence of defects in the weld.
前記測定箇所の各々からの前記超音波応答信号を、複数個のマザー・ウェーブレットによる離散ウェーブレット変換により分解して、前記マザー・ウェーブレットの各々に対応する複数群のウェーブレット係数を生成し、
前記複数群のウェーブレット係数を帯域通過フィルタリングすることで、前記溶接部中における欠陥に感応する超音波応答信号の周波数範囲を分離し、且つ、
各群のフィルタリング済みウェーブレット係数を逆離散ウェーブレット変換により再構成することで前記複数のフィルタリング済み応答信号を生成する、
ことによりフィルタリングされる、請求項１記載の方法。 The ultrasonic response signal is:
The ultrasonic response signal from each of the measurement locations is decomposed by a discrete wavelet transform using a plurality of mother wavelets to generate a plurality of groups of wavelet coefficients corresponding to each of the mother wavelets,
Bandpass filtering the plurality of groups of wavelet coefficients to separate the frequency range of the ultrasonic response signal sensitive to defects in the weld, and
Generating the plurality of filtered response signals by reconstructing each group of filtered wavelet coefficients by inverse discrete wavelet transform;
The method of claim 1, wherein:
前記溶接部に沿う複数の測定箇所において超音波信号を誘起する段階と、
前記溶接部に沿う前記測定箇所の各々に対して超音波応答信号を収集する段階と、
前記測定箇所の各々からの前記超音波応答信号を、
前記超音波応答信号を、複数個のマザー・ウェーブレットによる離散ウェーブレット変換により分解して、各マザー・ウェーブレットに対応する複数群のウェーブレット係数を生成し、
前記複数群のウェーブレット係数を帯域通過フィルタリングすることで、前記溶接部中における欠陥に感応する周波数範囲を分離し、且つ、
各群のフィルタリング済みウェーブレット係数を逆離散ウェーブレット変換により再構成することで、各測定箇所に対して複数のフィルタリング済み応答信号を生成する、
ことによりフィルタリングする段階と、
前記測定箇所の各々に対する前記複数のフィルタリング済み応答信号に基づき、前記溶接部に対する複数のエネルギ分布を算出する段階と、
前記複数のエネルギ分布の各々を、対応する基準エネルギ分布と比較することで、前記溶接部中における欠陥の存在を決定する段階とを有する、方法。 A method of testing a weld for the presence of defects,
Inducing an ultrasonic signal at a plurality of measurement points along the weld; and
Collecting an ultrasonic response signal for each of the measurement locations along the weld;
The ultrasonic response signal from each of the measurement locations,
The ultrasonic response signal is decomposed by a discrete wavelet transform using a plurality of mother wavelets to generate a plurality of groups of wavelet coefficients corresponding to each mother wavelet,
By bandpass filtering the plurality of groups of wavelet coefficients, separating a frequency range sensitive to defects in the weld, and
Reconstructing each group of filtered wavelet coefficients by inverse discrete wavelet transform to generate multiple filtered response signals for each measurement location,
Filtering by
Calculating a plurality of energy distributions for the weld based on the plurality of filtered response signals for each of the measurement locations;
Comparing each of the plurality of energy distributions with a corresponding reference energy distribution to determine the presence of a defect in the weld.
前記測定箇所の各々においては複数の超音波応答信号が収集され且つ平均される、請求項５に記載の方法。 A plurality of ultrasonic signals are induced at each of the measurement points in the weld, and
The method of claim 5, wherein a plurality of ultrasonic response signals are collected and averaged at each of the measurement locations.
前記音響信号生成器、前記音響信号検出器および前記位置決めデバイスは前記制御器に対して電気的に接続され、且つ、
前記制御器は、
前記溶接部に沿う複数の測定箇所において前記音響信号生成器により超音波信号を誘起し、
前記音響信号検出器により前記測定箇所の各々から超音波応答信号を収集すると共に、該超音波応答信号を、前記制御器と作用的に組み合わされたメモリ内に記憶し、
前記測定箇所の各々から収集された前記超音波応答信号をフィルタリングし、前記測定箇所の各々に対して複数のフィルタリング済み応答信号であって各フィルタリング済み応答信号が特定種類の欠陥に対応するというフィルタリング済み応答信号を生成し、
前記測定箇所の各々に対する前記複数のフィルタリング済み応答信号に基づき、前記溶接部に対する複数のエネルギ分布を算出し、且つ、
各エネルギ分布を、対応する基準エネルギ分布と比較し、前記溶接部における欠陥の存在を決定する、
ようにプログラムされる、欠陥検出システム。 A defect detection system for determining the presence of a defect in a weld comprising a controller, an acoustic signal generator, an acoustic signal detector, and a positioning device comprising:
The acoustic signal generator, the acoustic signal detector and the positioning device are electrically connected to the controller; and
The controller is
Inducing an ultrasonic signal by the acoustic signal generator at a plurality of measurement points along the weld,
Collecting an ultrasonic response signal from each of the measurement locations by the acoustic signal detector and storing the ultrasonic response signal in a memory operatively associated with the controller;
Filtering the ultrasonic response signals collected from each of the measurement locations and filtering a plurality of filtered response signals for each of the measurement locations, each filtered response signal corresponding to a particular type of defect Generated response signal ,
Calculating a plurality of energy distributions for the weld based on the plurality of filtered response signals for each of the measurement locations; and
Each energy distribution is compared with a corresponding reference energy distribution to determine the presence of defects in the weld;
As programmed, a defect detection system.
前記超音波応答信号を、複数個のマザー・ウェーブレットによる離散ウェーブレット変換により分解して、前記マザー・ウェーブレットの各々に対応する複数群のウェーブレット係数を生成し、
前記複数群のウェーブレット係数を帯域通過フィルタリングすることで、前記溶接部中における欠陥に感応する超音波応答信号の周波数範囲を分離し、且つ、
各群のフィルタリング済みウェーブレット係数を逆離散ウェーブレット変換により再構成することで前記複数のフィルタリング済み応答信号を生成する、
ことにより、前記超音波応答信号をフィルタリングすべくプログラムされる、請求項１３に記載の欠陥検出システム。 The controller is
The ultrasonic response signal is decomposed by a discrete wavelet transform using a plurality of mother wavelets to generate a plurality of groups of wavelet coefficients corresponding to each of the mother wavelets,
Bandpass filtering the plurality of groups of wavelet coefficients to separate the frequency range of the ultrasonic response signal sensitive to defects in the weld, and
Generating the plurality of filtered response signals by reconstructing each group of filtered wavelet coefficients by inverse discrete wavelet transform;
14. The defect detection system of claim 13, wherein the defect detection system is programmed to filter the ultrasound response signal.
前記制御器は、前記溶接部は欠陥を含む又は欠陥が無いという表示を前記表示器に対して提供すべくプログラムされる、請求項１３に記載の欠陥検出システム。 The defect detection system further comprises a display connected to the controller, and
The defect detection system of claim 13, wherein the controller is programmed to provide an indication to the display that the weld includes or is not defective.
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